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    高功率光纤激光器的解决方案

    编辑:本站  来源:本站  日期:2016年3月4日
    光纤激光器的类型

    1.按照光纤材料的种类,光纤激光器可分为:

    (1)晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤,主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+:YAG单晶光纤激光器等。

    (2)非线性光学型光纤激光器。主要有受激拉曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。

    (3)稀土类掺杂光纤激光器。光纤的基质材料是玻璃,向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活,而制成光纤激光器。

    (4)塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。

    2.按增益介质分类为:

    (1)晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤,主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等。

    (2)非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。

    (3)稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活,(Nd3+Er3+Yb3+Tm3+等,基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶)而制成光纤激光器

    (4)塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。

    3.按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及"8"字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。

    4.按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。

    5.按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器,其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器(脉冲宽度为ns量级)和锁模光纤激光器(脉冲宽度为psfs量级)

    5.根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。

    7.根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器,可调谐多波长激光器。

    8.按激光输出波长的波段分类为S-波段(1460~1530 nm)C-波段(1530~1565 nm)L-波段(1565~1610 nm)

    9.按照是否锁模,可以分为:连续光激光器和锁模激光器。通常的多波长激光器属于连续光激光器。

    10.按照锁模器件而言,可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。

    其中被动锁模激光器又有:

    等效/假饱和吸收体:非线性旋转锁模激光器(8字型,NOLMNPR)

    真饱和吸收体: SESAM或者纳米材料(碳纳米管,石墨烯,拓扑绝缘体等)

    光纤激光器的原理特性

    由于光纤激光器采用的工作介质具有光纤的形式,其特性要受到光纤渡导性质的影响。进入到光纤中的泵浦光一般具有多个模式,而信号光电可能具有多个模式,不同的泵浦模式对不同的信号模式产生不同的影响,使得光纤激光器和放大器的分析比较复杂,在很多情况下难以得到解析解,不得不借助于数值计算。光纤中的掺杂分布对光纤激光器也产生很大的影响,为了使介质具有增益特性,将工作离子(即杂质)掺杂进光纤。一般情况下,工作离子在纤芯中均匀分布.但不同模式的泵浦光在光纤中的分布是非均匀的。因而,为了提高泵浦效率,应该尽量使离子分布和泵浦能量的分布相重合。在对光纤激光器进行分析时,除了基于前面讨论的激光器的一般原理,还要考虑其自身特点,引入不同的模型和采用特殊的分析方法,以达到最好的分析效果。

    和传统的固体、气体激光器一样,光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器,增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤,谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔,也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤,增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发发射。所产生的自发发射光经受激放大和谐振腔的选模作用后,最终形成稳定激光输出。

    高功率的光纤激光器及其包层泵浦技术

    双包层光纤的出现无疑是光纤领域的一大突破,它使得高功率的光纤激光器和高功率的光放大器的制作成为现实。自1988E Snitzer首次描述包层泵浦光纤激光器以来,包层泵浦技术已被广泛地应用到光纤激光器和光纤放大器等领域,成为制作高功率光纤激光器首选途径。

    包层泵浦技术,由四个层次组成:①光纤芯;②内包层;③外包层;④保护层。将泵光耦合到内包层(内包层一般采用异形结构,有椭圆形、方形、梅花形、D形及其六边形等等),光在内包层和外包层(一般设计为圆形) 之间来回反射,多次穿过单模纤芯被其吸收。这种结构的光纤不要求泵光是单模激光,而且可对光纤的全长度泵浦,因此可选用大功率的多模激光二极管阵列作泵源,将约70%以上的泵浦能量间接地耦合到纤芯内,大大提高了泵浦效率。

    包层泵浦技术特性决定了该类激光器有以下几方面的突出性能。

    1、高功率

    一个多模泵浦二极管模块组可辐射出100瓦的光功率,多个多模泵浦二极管并行设置,即可允许设计出很高功率输出的光纤激光器。

    2、无需热电冷却器

    这种大功率的宽面多模二极管可在很高的温度下工作,只须简单的风冷,成本低。

    3、很宽的泵浦波长范围

    高功率的光纤激光器内的活性包层光纤掺杂了铒/镱稀土元素,有一个宽且又平坦的光波吸收区(930-970nm),因此,泵浦二极管不需任何类型的波长稳定装置

    4、效率高

    泵浦光多次横穿过单模光纤纤芯,因此其利用率高。

    5、高可靠性

    多模泵浦二极管比起单模泵浦二极管来其稳定性要高出很多。其几何上的宽面就使得激光器的断面上的光功率密度很低且通过活性面的电流密度亦很低。这样一来,泵浦二极管其可靠运转寿命超过100万小时。

    实现包层泵浦光纤激光器的技术概括起来可分为线形腔单端泵浦、线形腔双端泵浦、全光纤环形腔双包层光纤激光器三大类,不同特色的双包层光纤激光器可由该三种基本类型拓展得到。

    飞博特光电科技科提供各种结构的光纤激光器光纤连接器件,如高功率保偏隔离器,光纤合束器,准直器,带通滤波器,波分复用器,泵浦保护器,泵浦源,光纤分路器,光栅等等



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